Управление оперативной памятью, виртуальной памятью, pagefile и памятью в Windows

Применяется к:   Windows 7 Пакет обновления 1, Windows Server 2012 R2
Исходный номер КБ:   2160852

Сводка

В этой статье содержатся основные сведения о реализации виртуальной памяти в 32-битных версиях Windows.

В современных операционных системах, таких как Windows, приложения и многие системные процессы всегда ссылаться на память с помощью виртуальных адресов памяти. Виртуальные адреса памяти автоматически переводятся на реальные (RAM) адреса с помощью оборудования. Только основные части ядра операционной системы обходят этот адрес и используют реальные адреса памяти напрямую.

Виртуальная память всегда используется, даже если память, необходимая всем запущенным процессам, не превышает объем оперативной памяти, установленной в системе.

Процессы и пространства адресов

Всем процессам (например, исполняемым приложениям), работающим в 32-битных версиях Windows, назначены виртуальные адреса памяти (виртуальное пространство адресов), в диапазоне от 0 до 4 294 967 295 (2*32-1 = 4 ГБ), независимо от того, сколько оперативной памяти установлено на компьютере.

В конфигурации Windows по умолчанию для личного использования каждого процесса назначаются 2 гигабайта (ГБ) этого виртуального адресного пространства, а остальные 2 ГБ делятся между всеми процессами и операционной системой. Как правило, приложения (например, Блокнот, Word, Excel и Acrobat Reader) используют только часть 2 ГБ частного адресного пространства. Операционная система назначает кадры страниц оперативной памяти только тем виртуальным страницам памяти, которые используются.

Расширение физического адреса (PAE) — это функция 32-битной архитектуры Intel, которая расширяет адрес физической памяти (RAM) до 36 бит. PAE не меняет размер виртуального адресного пространства (которое остается на уровне 4 ГБ), а только объем фактической оперативной памяти, который может быть рассмотрен процессором.

Перевод между 32-битным виртуальным адресом памяти, используемым кодом, работающим в процессе, и 36-битным адресом оперативной памяти обрабатывается компьютерным оборудованием автоматически и прозрачно в соответствии с таблицами переводов, которые поддерживаются операционной системой. Любая виртуальная страница памяти (32-битный адрес) может быть связана с любой физической страницей оперативной памяти (36-битным адресом).

В следующем списке описывается количество оперативной памяти различных Windows версий и выпусков (по данным на май 2010 г.):

Версия Windows ОЗУ
Windows NT 4.0 4 ГБ
Windows 2000 Professional 4 ГБ
Windows 2000 Standard Server 4 ГБ
Windows 2000 Advanced Server 8 ГБ
Windows 2000 Datacenter Server 32 ГБ
Windows XP Professional 4 ГБ
Windows Веб-издание Server 2003 2 ГБ
Windows Сервер 2003 выпуск Standard 4 ГБ
Windows Сервер 2003 выпуск Enterprise 32 ГБ
Windows Выпуск центра обработки данных Server 2003 64 ГБ
Windows Vista 4 ГБ
Windows Server 2008 Standard 4 ГБ
Windows Server 2008 Enterprise 64 ГБ
Windows Server 2008 Datacenter 64 ГБ
Windows 7 4 ГБ

Файл подкачки

Оперативная память — это ограниченный ресурс, в то время как для большинства практических целей виртуальная память не ограничена. Может быть много процессов, и каждый процесс имеет свои собственные 2 ГБ частного виртуального адресного пространства. Если память, используемая всеми существующими процессами, превышает доступную оперативную память, операционная система перемещает страницы (4-КБ частей) одного или более виртуальных адресных пространств на жесткий диск компьютера. Это освободит раму оперативной памяти для других применений. В Windows системах указанные страницы хранятся в одном или Pagefile.sys файлах в корне раздела. В каждом разделе диска может быть один такой файл. Расположение и размер файла страницы настроены в System Properties (нажмите кнопку Advanced, щелкните Производительность и нажмите кнопку Параметры).

Пользователи часто задают вопрос о том, насколько большим должен быть этот pagefile? На этот вопрос нет единого ответа, так как он зависит от количества установленной оперативной памяти и от объема виртуальной памяти, требуемой рабочей нагрузкой. Если других сведений нет, то обычная рекомендация в 1,5 раза больше установленной оперативной памяти является хорошей отправной точкой. В серверных системах обычно необходимо иметь достаточно оперативной памяти, чтобы не было недостатка и чтобы не использовался pagefile. В этих системах это может не служить никакой полезной цели для поддержания большого pagefile. С другой стороны, если дискового пространства достаточно, сохранение большого pagefile (например, в 1,5 раза больше установленной оперативной памяти) не вызывает проблем, и это также устраняет необходимость беспокоиться о том, насколько большим он должен быть.

Производительность, ограничения архитектуры и оперативная память

На любой компьютерной системе по мере увеличения нагрузки (количество пользователей, объем работы) производительность снижается, но нелинейно. Любое увеличение нагрузки или спроса за определенной точкой приводит к значительному снижению производительности. Это означает, что некоторые ресурсы в критическом дефиците и стали узким местом.

В какой-то момент ресурс, который находится в дефиците, не может быть увеличен. Это означает, что архитектурный предел был достигнут. Некоторые часто сообщалось об архитектурных ограничениях в Windows включаем следующие:

  • 2 ГБ общего виртуального адресного пространства для системы (ядра)
  • 2 ГБ частного виртуального адресного пространства за один процесс (режим пользователя)
  • 660 МБ системного хранилища PTE (Windows Server 2003 и ранее)
  • 470 МБ хранилища пула страниц (Windows Server 2003 и ранее)
  • 256 МБ неоплаченного хранилища пула (Windows Server 2003 и ранее)

Это относится к Windows Server 2003 в частности, но это может также применяться к Windows XP и Windows 2000. Однако Windows Vista, Windows Server 2008 и Windows 7 не разделяют эти архитектурные ограничения. Ограничения на память пользователя и ядра (цифры 1 и 2 здесь) одинаковы, но ресурсы ядра, такие как PTEs и различные пулы памяти, динамически. Эта новая функция позволяет использовать как страницу, так и неоплаченную память. Это также позволяет PTEs и пул сеансов расти за пределы, которые были рассмотрены ранее, до точки, где все ядро исчерпано.

Часто находятся и цитируются такие утверждения, как следующие:

С помощью терминалного сервера 2 ГБ общего адресного пространства будут полностью использоваться до использования 4 ГБ оперативной памяти.

В некоторых случаях это может быть верно. Однако необходимо следить за системой, чтобы узнать, применяются ли они к вашей конкретной системе или нет. В некоторых случаях эти утверждения являются выводами из определенных сред Windows NT 4.0 или Windows 2000 и не обязательно применимы к Windows Server 2003. В Windows Server 2003 были внесены значительные изменения, чтобы снизить вероятность того, что эти архитектурные ограничения будут фактически достигнуты на практике. Например, некоторые процессы, которые находились в ядре, были перенесены в неядерные процессы, чтобы уменьшить объем памяти, используемый в общем виртуальном пространстве адресов.

Мониторинг использования оперативной памяти и виртуальной памяти

Монитор производительности является принципиальным средством для мониторинга производительности системы и определения расположения узких мест. Чтобы запустить монитор производительности, нажмите кнопку Начните, нажмите панель управления, нажмите административные средства, а затем дважды щелкните Монитор производительности. Вот сводка некоторых важных счетчиков и то, что они вам говорят:

  • Memory, Committed Bytes: This counter is a measure of the demand for virtual memory.

    Это показывает, сколько bytes было выделено процессами и к которым операционная система совершила раму страницы ram или слот страницы в pagefile (или возможно оба). По мере того, как количество совершенных bytes будет больше, чем доступная оперативная память, будет увеличиваться и размер используемой страницы также увеличится. В какой-то момент действие paging начинает существенно влиять на производительность.

  • Process, Working Set, _Total: Этот счетчик является показателем виртуальной памяти в активном использовании.

    В этом счетчике показано, сколько оперативной памяти требуется, чтобы виртуальная память, используемая для всех процессов, была в оперативной памяти. Это значение всегда составляет несколько 4096, то есть размер страницы, используемый в Windows. Так как спрос на виртуальную память увеличивается за пределами доступной оперативной памяти, операционная система регулирует объем виртуальной памяти процесса в рабочем наборе, чтобы оптимизировать доступное использование оперативной памяти и свести к минимуму потери данных.

  • Paging File, %pagefile in use: This counter is a measure of how much of the pagefile is actually being used.

    Используйте этот счетчик, чтобы определить, является ли pagefile подходящим размером. Если этот счетчик достигает 100, страница заполнена, и все перестает работать. В зависимости от волатильности рабочей нагрузки, возможно, необходимо, чтобы эта страница была достаточно большой, чтобы она использовалась не более чем на 50-075 процентов. Если большая часть страницы используется, наличие более одного на разных физических дисках может повысить производительность.

  • Memory, Pages/Sec. Этот счетчик является одним из наиболее непонимаемого.

    Высокое значение для этого счетчика не обязательно означает, что узкое место производительности связано с нехваткой оперативной памяти. Операционная система использует систему paging для других целей, кроме замены страниц из-за чрезмерной приверженности памяти.

  • Memory, Pages Output/Sec. На этом счетчике показано, сколько страниц виртуальной памяти было записано на страницу, чтобы освободить кадры страниц оперативной памяти для других целей каждую секунду.

    Это лучший счетчик, чтобы отслеживать, если вы подозреваете, что paging является узким местом производительности. Даже если установленный объем оперативной памяти превышает установленный объем оперативной памяти, если выход страниц/сек в основном низкий или нулевой, существенной проблемы производительности из-за недостаточной оперативной памяти не возникает.

  • Память, кэш-bytes, memory, Pool Nonpaged Bytes, Memory, Pool Paged Bytes, Memory, System Code Total Bytes, Memory, System Driver Total Bytes:

    Сумма этих счетчиков — это показатель того, сколько из 2 ГБ общей части виртуального адресного пространства с 4 ГБ фактически используется. Используйте эти данные, чтобы определить, достигает ли ваша система одного из обсуждающихся ранее архитектурных ограничений.

  • Память, доступные MBytes. Этот счетчик измеряет, сколько оперативной памяти доступно для удовлетворения потребностей виртуальной памяти (либо новых выделений, либо для восстановления страницы с страницы).

    При дефиците оперативной памяти (например, количество совершенных bytes превышает установленный объем оперативной памяти), операционная система будет пытаться сохранить определенную часть установленной оперативной памяти доступной для немедленного использования путем копирования виртуальных страниц памяти, которые не используются на странице. Таким образом, этот счетчик не достигнет нуля и не обязательно является хорошим показателем того, не хватает ли вашей системе оперативной памяти.

Ссылки

Расширения адресного окна